地下直墻拱頂節(jié)理巖體洞室錨固抗爆研究簡介

• 中文摘要

現(xiàn)代高精度制導(dǎo)鉆地彈是目前地下工程所面臨的最為常見威脅。在鉆地彈侵入巖體爆炸過程中，爆炸應(yīng)力波在巖體中傳播，導(dǎo)致節(jié)理巖體地下洞室產(chǎn)生一系列動態(tài)響應(yīng)，嚴重影響工程安全。本研究對爆炸應(yīng)力波在節(jié)理巖體中的傳播以及直墻拱頂節(jié)理巖體洞室錨固抗爆問題進行了分析。在理論研究中，分析了爆炸應(yīng)力波在位移與應(yīng)力連續(xù)條件下縱波與橫波在節(jié)理處的傳播特性，同時亦分析了爆炸應(yīng)力波在位移與應(yīng)力不連續(xù)條件下在具有理想光滑節(jié)理面和含摩擦節(jié)理面處的傳播特性；運用損傷力學(xué)相關(guān)知識，建立了巖石中的微裂紋損傷與彈性模量的函數(shù)關(guān)系表達式。在數(shù)值模擬研究中，通過有限元軟件計算了爆炸荷載并驗證了其精確性，采用離散元軟件研究了含節(jié)理巖體的爆炸應(yīng)力波傳播問題，最終通過建立無錨固和有錨固情況下的直墻拱頂節(jié)理巖體洞室，分析其抗爆效果，獲得了錨固對抗爆效果的影響規(guī)律。主要結(jié)論包括：運用動力有限元軟件 ANSYS AUTODYN 建立了巖體爆破模型，在模型炮孔周圍設(shè)置監(jiān)測點，結(jié)合理論解對比分析可知數(shù)值計算所得的爆炸荷載與理論計算值較接近，計算可靠；利用UDEC進行應(yīng)力波透射率的數(shù)值計算結(jié)果與理論計算結(jié)果較為吻合，驗證了UDEC進行應(yīng)力波穿越節(jié)理透射率問題研究的可行性與有效性，其計算能夠保證分析直墻拱頂節(jié)理巖體洞室錨固抗爆的計算精度；錨固對于直墻拱頂節(jié)理巖體洞室具有有效的抗爆能力提升作用。 2100433B

巖體體積節(jié)理數(shù)指的是每立方米巖體體積內(nèi)的結(jié)構(gòu)面數(shù)目。

n——統(tǒng)計區(qū)域內(nèi)結(jié)構(gòu)面組數(shù)；

本項目采用模型試驗、理論分析、力學(xué)建模和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，研究錨固節(jié)理巖體的結(jié)構(gòu)強度特性與精細化數(shù)值模擬方法。采用含單條節(jié)理的巖體試件，開展直剪試驗研究，分析錨固構(gòu)件在節(jié)理面附件的局部化損傷破壞行為，研究錨固構(gòu)件對單條節(jié)理的附加剛度與附加強度貢獻；采用大尺寸含多組節(jié)理的巖體試件，開展壓縮試驗研究，分析錨固構(gòu)件對于不同節(jié)理分布形式的加固效果，研究錨固構(gòu)件對節(jié)理巖體的整體剛度貢獻和結(jié)構(gòu)強度貢獻，建立錨固節(jié)理巖體的結(jié)構(gòu)強度準則；基于試驗成果、損傷力學(xué)與均一化原理建立考慮結(jié)構(gòu)強度效應(yīng)的錨固節(jié)理巖體力學(xué)模型與本構(gòu)方程，研發(fā)高效可靠的錨固巖體數(shù)值求解算法及計算軟件，并結(jié)合實際工程開展應(yīng)用研究，為我國水電、交通、能源等工程巖體的錨固優(yōu)化設(shè)計和穩(wěn)定性分析提供理論支持。

在爆炸沖擊荷載作用下，墻體和玻璃等低強度脆性材料非常容易發(fā)生脆性斷裂破壞，破裂生成的碎片由于獲得非常大的動能會對人體造成極大傷害。目前我國還沒有專門用于墻體抗爆加固的設(shè)計方法。此外，隨著新材料、新技術(shù)的應(yīng)用，原有的抗爆加固概念也需要更新。本項目擬開發(fā)一種高效、經(jīng)濟的墻體抗爆加固方法。對墻體抗爆加固新材料聚亞安酉旨的特性和采用該材料的墻體錨固系統(tǒng)開展試驗研究和數(shù)值模擬，揭示材料的抗沖擊性能和墻體錨固系統(tǒng)的抗爆性能，并和其它墻體加固系統(tǒng)進行對比分析，建立簡化的抗爆設(shè)計計算公式，最后開發(fā)出墻體抗爆設(shè)計與加固軟件。本項目對提高我國建筑結(jié)構(gòu)的抗爆設(shè)計與加固水平，保證人民生命財產(chǎn)安全有重要意義。